JP2017108446A - プリディストーションを利用する無線通信のための装置及び方法 - Google Patents

プリディストーションを利用する無線通信のための装置及び方法 Download PDF

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Abstract

【課題】地上波通信ネットワークのために狭帯域の帯域通過フィルターを備えた送信機において、出力部付近の狭通過帯域フィルターの性能を改善する。【解決手段】デジタルプレディストータ112は、通過帯域フィルター304の特徴に基づいて、信号に振幅補正を提供する。フィルター群遅延プレディストータ136も、狭通過帯域フィルター304により導入された群遅延の変形を補正するのに使用される。【選択図】図2

Description

開示の内容
〔関連出願情報〕
本出願は、参照により開示が全体として本明細書に組み込まれる、2011年9月15日出願の米国仮特許出願第61/535,208号の優先権を主張するものである。
〔発明の背景〕
1.発明の分野
本発明は、概して、プリディストーション線形化通信システム(predistortion linearized communication systems)および関連する方法に関する。より具体的には、本発明は、地上波通信ネットワーク(terrestrial communication networks)のために狭帯域の帯域通過フィルターを備えた送信機に関する。
2.先行技術の説明および関連する背景情報
無線ネットワークのオペレーターは、スペクトルが減少する問題に絶えず直面している。より大きな都市環境で見られるもののような、高密度のマーケットでは、利用可能なスペクトルの利用可能なあらゆるkHzが、モバイルユーザ機器(「UE」)と基地局(「BS」)との間の音声およびデータトラフィックを提供するために、割り当てられ、使用されてきた。無線容量を増大するため、ネットワークのオペレーターは、キャリアを追加し、かつ/またはセル・サイトを分割せざるを得ないが、最終的に、干渉限界に達しているか、または、別のBSおよびその関連設備(例えば、タワー、備品、アンテナなど)をインストールし得る適切な場所を見つけられないでいる。有用なスペクトルの量をさらに複雑化し制限するものは、無線ネットワークのオペレーターに課せられる規制上の干渉要件(regulatory interference requirements)である。FCCにより命じられたものなどの、規制上の要件は、その割り当てられた周波数分配内で動作するBSの送信機から、近くの通信サービスに対して許容され得る、有害な干渉の量を明記している。ほとんどの場合、近くの通信スペクトルにおいてBSの送信機により生じる有害な干渉レベルのうち検出されるレベルは、実質的に減衰されなければならず、また、規定されたレベルを超えてはならない。ある量の有害な干渉が、隣接する通信帯域へ流れ込むのを避けるために、BSの送信機は通常、歪み生成物(distortion products)を最小限に保つ、高度に線形の送信機を使用する。高度に線形の送信機は、できるだけ線形動作を維持しなければならない電力増幅器を利用し、電力増幅器は、可能な入力信号振幅の範囲を与えられた線形領域内部で動作するように設計される。しかしながら、入力信号が、電力増幅器を線形領域外で動作させる振幅を有する場合、電力増幅器は、その信号に、非線形の成分または歪みを導入する。概して、電力増幅器は、圧縮閾値(compression threshold)を有するものとして特徴付けられ、圧縮閾値を上回る振幅を有する入力信号は、増幅器の出力時に切り落とされる(clipped)。増幅した入力信号を歪ませることに加えて、入力信号の切り落としまたは非線形増幅により、スペクトルの再生が生じ、これは、隣接する周波数帯域での通信サービスに干渉し得る。非線形歪みの問題は、非常に大きなピーク対平均電力比(「PAR」)を有する送信信号の高電力増幅を提供する、無線通信システムでは、非常に一般的である。符号分割多重アクセス(「CDMA」)システムの、PARが大きな信号の一例では、単一の1.25MHz幅のキャリアは、典型的には、11.3dBのPARを有し得る。別の例の直交周波数分割多重(「OFDM」)では、マルチキャリア信号が、最大で20dBのPARを有し得る。
残念ながら、BS増幅器の効率性は、その線形性と反比例する。より高度の線形性を達成するために、増幅器は、AB級で動作するようにバイアスをかけられる。多くの技術および増幅器トポロジーが、増幅器のRF‐DC効率性を最大化するために使用されるが、現代の無線通信システムが要求する線形性の要件は、AB級モードまたはABとCとの組み合わせの使用を規定している。したがって、DC電力のかなりの部分が、除去されなければならない熱として、増幅器により散逸させられる。典型的には、BS増幅器は、ヒートシンクおよびファンを使用して、RF電力装置から熱を除去するが、これは、基地局の設備に対し、コスト、サイズ、および重量をさらに加えるものである。よって、増幅器の線形性を下げずに増幅器の効率性を改善することを探求する上で、BS電力増幅器が生成する熱量を低減するために、多大な努力が行われてきた。
電力増幅器(「PA」)がその入力部においてCDMA(または同様の信号)で動作されると、PAは、所望の信号を増幅させ、望ましくない相互変調(「IM」)生成物を生成する。これらのIM生成物は、PA出力がその飽和点まで駆動されると、急速に増加する。(プリディストーションなしで)PA出力時に所望の線形性を達成するために、PAは、その飽和点(PSAT3dB)から、バックオフ出力電力レベル(backoff output power level)で動作しなければならない。残念ながら、バックオフ電力レベルでのPA動作により、PAの最大有効出力電力レベル(maximum useful output power level)が制限され、全範囲の出力信号ダイナミックレンジ(output signal dynamic range)は、十分、PA伝達曲線の線形領域内にある。しかしながら、このような動作点は、PAの効率性に悪影響を及ぼす。従来のように構築されたAB級のPAの10%以下の効率性は、8〜9dBのピーク対平均値比PARを有する入力信号で動作する場合には珍しいことではなく、システムの線形性要件をかろうじて満たすに過ぎない。
デジタル・プリディストーション(「DPD」)の最近の開発を鑑みると、DPDは、60W以下の平均電力を送信するA/AB級のPAの、一般的に好まれる線形化法となってきている。DPD線形化アプローチは、良好な線形性と共に高い効率性を示すことなど、これまで達成不可能であったいくつかの性能限界を解決するのに役立つ。これらの改善は、ピーク信号移行中にPAがそのPSAT付近またはそれよりわずかに上で動作することを可能にするDPDの動作点に由来する。DPDは通常、PAの出力時に全体的な歪みを減少させるために、訂正信号が生成され、PAを通じて入力信号と共に増幅される技術を使用する。DPDは、最適化されたCDMA信号(IS−95など)であってよく、これは、パイロット、ページング、同期および6つのトラフィックチャネル(pilot, paging, sync and 6 traffic channels)(直交符号8〜13)のシングルキャリアCDMAについて、大きなPAR 9.7dB(CCDFにおいて0.01%の確率)を有する傾向がある。シングルチャネルIS−95は、1.23MHzのチャネル帯域幅を有し、DPDは概して、三次IM生成物を減少させるように最適化される。このような適用では、DPDは、PAを予歪することができ、結果として生じる隣接チャネル・リーク比(「ACLR」)は、885-kHzオフセットにおいて48〜50dBcであり、これは、典型的には、プリディストーションなしで動作するPAのACLR性能を14dB以上上回る。同様に、DPDは、20MHzの信号帯域にわたり、4キャリアWCDMA(登録商標)入力信号の相殺性能を提供するために最適化されることもできる。DPD性能は、通常、DPDの有効性を潜在的に制限するPAの記憶効果により妨げられる。PA増幅段における記憶効果は、前の信号による、歪み成分の振幅および位相の変化として定義される。しかしながら、PAが記憶効果を低減または制限する傾向のあるバイアス回路と共に設計される場合、DPDは、典型的には、5−MHzオフセットにおいて13dB以上の相殺の46〜48dBcの範囲のACLRを結果として生じる、4キャリアWCDMA信号について線形化をもたらし得る。大部分の適用では、AB級のPAで25%超、およびドハティ型のPAでは40%以上のPA効率性が達成可能である。
DPD線形化がACLR性能を提供し得ることを考えれば、隣接スペクトル内へのIM生成物の追加的減衰は、帯域通過フィルターを設けることにより達成することができ、あるいはFDDシステムの場合には、デュプレクサがRRHの出力部に実装され得る。
典型的なFDDの実装では、キャビティ・デュプレクサ(cavity duplexer)が、RRHの受信機と送信機との間に分離を生じ、また、隣接するスペクトル内への適切な程度のTXのIM拒絶をもたらす。デュプレクサは、一般に、FDDのRRHに必要であるので、それを含めることにより、さらなる出力挿入損失、および送信された信号品質におけるフィルターパスバンド応答リプルなど、多くの問題が生じる。フィルターパスバンド応答リプルは、CDMAキャリアがフィルターロールオフまたは帯域端に近接して位置付けられる動作状況で、現れる。これは通常、ネットワークオペレーターがCDMA(またはWCDMA)キャリアを、帯域端に非常に近接した、割り当てられた周波数スペクトルにおいて、設定する場合に生じる。このようなキャリア周波数が選択されると、フィルターロールオフ特徴の正味の影響は、CDMAキャリア平坦度に影響を与え、これにより、Rho(ロー)(「ρ」)が悪化する。BSのRhoは、送信されるCDMA信号の変調品質の尺度である、性能指数である。1.0のRhoは、理想の送信信号と関連しており、CDMAキャリアの電力の本質的にすべてが、マルチパスなしで、正確に送信される。CDMA規格は、>0.912のRhoを求めており、実際、BS送信機のRho>0.94の測定値は、正常なBS送信機動作を示している。
BS動作W−CDMAエア規格(3GPPによる)について、BS送信機の品質は、以下の表にまとめることができる:
Figure 2017108446
エラーベクトルマグニチュードは、基準波形と測定された波形との間の差の尺度である。この差は、エラーベクトルと呼ばれる。いずれの波形も、帯域幅が3.84MHzでロールオフα=0.22の、適合したルート・レイズド・コサイン・フィルターを通過する。次に、双方の波形は、エラーベクトルを最小限にするように、周波数、絶対位相、絶対振幅、およびチップクロックタイミングを選択することで、さらに改変される。EVM結果は、パーセンテージ(「%」)として表わされる、平均エラーベクトルパワーと平均基準パワーとの比の平方根として定義される。3GPP TS 34.121のセクション5.13および付録Bで定義されるように、試験セットにおけるEVM測定では、受信信号のIQ変調特徴を、理想的な信号と比較する。
BSのPAの出力部における狭帯域通過フィルターの導入により、キャリアがフィルターロールオフに近接して位置付けられる場合は特に、CDMAキャリア平坦度が悪化する。典型的な狭帯域通過フィルターはまた、フィルターロールオフ付近で、急速な群遅延変化を呈する傾向がある。振幅と、狭帯域通過フィルターにより導入される群遅延変動との組み合わせにより、RhoおよびEVMパラメータが悪化する。
したがって、通信システムの性能を改善する必要性がある。

第1の態様では、本発明は、予歪線形化通信システムを提供し、このシステムは、デジタル通信信号を受信する入力部と、入力部に連結され、予歪された信号を出力するプレディストータと、予歪された信号を受信し、アップコンバートされたデジタル信号を出力する、プレディストータに連結されたアップコンバージョンモジュールと、を含む。予歪線形化通信システムは、アップコンバートされた信号を受信し、RF信号を出力する、アップコンバージョンモジュールに連結されたデジタル-アナログ変換器と、RF信号を受信し、フィルタリングされたRF信号を出力する、デジタル-アナログ変換器に連結されたフィルターと、をさらに含む。プレディストータは、フィルターの特徴に基づいて、予歪された信号を出力する。
好適な実施形態では、プレディストータは、有限インパルス応答フィルターを含む。ある実施形態では、フィルターは、通過帯域フィルターであり、通信信号は、1つまたは複数の周波数帯域を有し、プレディストータは、通過帯域フィルターロールオフ特徴に対する周波数帯域の位置によって異なる、予歪信号を提供する。予歪線形化通信システムは、好ましくは、アップコンバージョンモジュールとデジタル-アナログ変換器との間に連結された、フィルター群遅延プレディストータをさらに含み、フィルター群遅延プレディストータは、アップコンバートされたデジタル信号において逆の群遅延を提供する。フィルター群遅延プレディストータは、好ましくは、無限インパルス応答フィルターを含む。無限インパルス応答フィルターは、好ましくは全通過無限インパルス応答フィルターである。このフィルターは、RF信号を受信し、出力RF信号を提供する、結合器キャビティフィルター(combiner cavity filter)を含んでよく、プレディストータは、キャビティフィルター挿入損失特徴を補正する。予歪線形化通信システムは、好ましくは、入力信号を受信し、入力信号にベースバンドフィルタリングをもたらす、チャネルフィルタリングおよびパルス整形モジュールをさらに含む。予歪線形化通信システムは、好ましくは、フィルター通過帯域プレディストータとアップコンバージョンモジュールとの間で連結された補間回路をさらに含む。
別の態様では、本発明は、デジタル通信信号を増幅するための予歪線形化通信システムを提供し、これは、マルチキャリアデジタル通信信号を受信する入力部と、入力部に連結され、マルチキャリアデジタル通信信号を受信する、入力処理モジュールと、を含み、入力処理モジュールは、複数のサンプリングされた入力信号を与える。複数のデジタルアップコンバータ回線経路がそれぞれ、入力処理モジュールから対応するサンプリングされた入力信号を受信し、各デジタルアップコンバータ回線経路は、対応するサンプリングされた入力信号を受信し、予歪された信号を出力する、フィルター通過帯域プレディストータと、フィルター通過帯域プレディストータに連結され、予歪された信号を受信し、アップコンバートされたデジタル信号を出力する、アップコンバージョンモジュールと、を含む。予歪線形化通信システムは、デジタルアップコンバータ回線経路それぞれから、アップコンバートされたデジタル信号を受信し、マルチキャリア複合信号を提供する加算器モジュールと、マルチキャリア複合信号を受信し、群遅延補正信号を提供する、フィルター群遅延プレディストータと、群遅延補正信号を受信し、RF信号を出力する、フィルター群遅延プレディストータに連結されたデジタル-アナログ変換器と、をさらに含む。通過帯域フィルターが、デジタル-アナログ変換器に連結され、RF信号を受信し、通過帯域RF信号を出力する。フィルター通過帯域プレディストータはそれぞれ、マルチキャリアデジタル通信信号に対する通過帯域フィルターの特徴に基づいて、予歪された信号を出力する。
好適な実施形態では、予歪線形化通信システムは、通過帯域RF信号を受信し、出力RF信号を提供する、結合器キャビティフィルターをさらに含む。デジタルアップコンバータ回線経路はそれぞれ、好ましくは、対応するサンプリングされた入力信号を受信し、サンプリングされた入力信号にベースバンドフィルタリングを提供する、チャネルフィルタリングおよびパルス整形モジュールをさらに含む。デジタルアップコンバータ回線経路のそれぞれは、好ましくは、フィルター通過帯域プレディストータとアップコンバージョンモジュールとの間に連結された補間回路をさらに含む。フィルター通過帯域プレディストータはそれぞれ、好ましくは、有限インパルス応答フィルターを含む。有限インパルス応答フィルターはそれぞれ、好ましくは、5個のタップを有する。フィルター群遅延プレディストータは、好ましくは、無限インパルス応答フィルターを含む。フィルター群遅延プレディストータはそれぞれ、好ましくは、全通過無限インパルス応答フィルターを含む。予歪線形化通信システムは、好ましくは、アップリンク信号を受信する、結合器キャビティフィルターに連結されたアップリンク信号経路をさらに含む。
別の態様では、本発明は、送信機の予歪線形化方法を提供する。この方法は、デジタル通信信号を受信することと、デジタル・プリディストーション係数を用いて、デジタル通信信号に基づいて予歪された信号を提供することと、予歪された信号に基づいて、アップコンバートされたデジタル信号を提供することと、を含む。この方法は、アップコンバートされた信号に基づいてRF信号を提供することと、RF信号上の通過帯域フィルターにより通過帯域フィルタリングを提供することと、をさらに含む。デジタル・プリディストーション係数は、通過帯域フィルターおよび通信信号周波数の特徴に基づくものである。
好適な実施形態では、予歪線形化方法は、アップコンバートされた信号に対し群遅延予歪補正を提供することをさらに含む。
本発明のさらなる特徴および態様は、以下の詳細な説明に記載する。
デジタル予歪制御トランシーバーの概略ブロック図である。 予歪システムで使用される例示的な機能的要素の概略ブロック図である。 ある実施形態において複合FIR(「有限インパルス応答」)フィルター構造で実装される通過帯域プレディストータの概略ブロック図である。 ある実施形態においてIIR(「有限インパルス応答」)全通過フィルター構造で実装されるフィルター群遅延プレディストータモジュールの概略ブロック図である。 DPDにより提供される出力帯域通過フィルターおよび補正の周波数応答プロットの表示である。 低いかまたは高いバンド端からオフセットされたCF1に応じて、低周波数に位置付けられたCDMAキャリアに必要な、計算された振幅DPDの表示である。 狭帯域通過フィルター(セルラー850(Cellular 850))のシミュレーション振幅および群遅延特徴(S21)の表示である。 狭帯域通過フィルター(セルラー850)のシミュレーション振幅および群遅延特徴低周波数の詳細の表示である。 出力スペクトル平坦度に対するFPPDの影響のシミュレーションである。
〔発明の詳細な説明〕
1つまたは複数の実施形態により、BSのPAの出力部における狭帯域通過フィルターの前述した悪影響が解決され、出力スペクトルが改善される。好適な実施形態では、これは、フィルターロールオフ特徴に対するCDMA(「WCDMA」)キャリア位置(「Fc」)に応じ、プレディストータのデジタル・アップコンバージョン(「DUC」)チェーンにおいてベースバンド信号をデジタルで予歪することにより達成される。
1つまたは複数の実施形態は、図面を参照して、以下で説明する。図1を参照すると、地上波無線通信システムのための、リモートラジオヘッド(「RRH」)としても知られるDPD線形化トランシーバー10が、一般的なシステムブロック図により図示されている。よって、これは、UMTS、CDMA−2000、IS−95、GSM(登録商標)、GPRS、WiMAX、HSPA、LTEおよび他のフォーマットといった、いくつかのエアインターフェースフォーマットをサポートすることができる。概して、RRHは、アンテナ308付近に配備されて、出力結合器306とアンテナ308との間の伝送路損失を最小化することができる。RRHは、コアネットワークに接続される基地局サーバー(「BSS」、不図示)への、電源接続及びデータ接続を備えている。一般的な方法では、2G/3G/4G基地局が、光ファイバー接続でRRHに接続される。CPRIまたはOBSAI(他のフォーマットを使用することができる)を使用して、RFおよび動作制御データを、RRHに、かつRRHから運び、専用の地理的領域において無線サービスエリア(wireless coverage)を提供することができる。RRHは、適切なI/Oユニット50を備えて、BSSとRRHとの間に、フレキシブルなデジタルインターフェースおよび処理機能を与える。マイクロコントローラユニット(「MCU」)60が、RRH内部でデータルーティング、制御、および設定義務を行うために設けられる。多くのアーキテクチャおよびインプリメンテーションが、RRHの動作に適切なMCU60のためにうまく使用され得る。一般的に、MCU60は、MCU60のリアルタイム算定要件(real time computational requirements)に使用されるSDRAM80と共に、オペレーティングシステム、プログラム、および固定パラメータが保存され得る、ROM70などの不揮発性記憶装置を備える。アップリンク(「UL」)および監視パスレシーバ(observation path receiver)の復号に加え、DPD機能が、フィールドプログラマブルゲートアレイ(「FPGA」)90に設けられる。FPGA90は、カスタムデザインの特定用途向け集積回路(「ASIC」)と置き換えられてよく、ASICは、FPGAにプログラミングされたすべての機能ではないにしても、多くの機能を、その回路の一部として組み込み得ることに注意されたい。残念ながら、十分にカスタムのASICは、従来のFPGAが提示する、その後の、いかなるアルゴリズムの変更または制御フロー変更も排除する。そのため、新しい分類のASICの最近の開発では、変更が必要な場合にはDPDの実装にいくらかの自由度を与える組み合わせASIC-FPGA ICを提供することにより、十分プログラム可能なFPGAから、セミカスタムの(または十分にカスタムの)ASICへの移行がより容易になっている。FPGA90の詳細な説明は、後述する。
次に図1および図2を参照すると、FPGA90は、ダウンリンク(「DL」)出力142をデジタル‐RFトランシーバー300のTXモジュール302に提供する。RFトランシーバー300は、例えば2x2または4x4のMIMOをサポートするために、複数の伝送路を提供するように配備され得るが、明瞭にするため、1つのみの伝送路が図示されていることに注意されたい。さらに、PA出力信号における出力非線形性を訂正するためにDPDにより使用される監視受信路など、DPDの他の周知の特徴が、省略されている。TXチェーンの出力は、出力デュプレクサ306内に連結され、RRHのTX信号は、共通の送受信アンテナ308にさらに連結される。同時に、受信アップリンク(「UL」)経路信号は、アンテナ308から、デュプレクサ306を通じて、RXチェーン310に連結される。やはり、TXチェーンの場合のように、1つのみのRXチェーンが図示されているが、2x2、4x4のMIMOをサポートするために複数のRXチェーンが使用されてよく、あるいは、補助のセクター強化受信機が必要に応じて実装されてよいことが、理解されるであろう。RXチェーン310のデジタル出力144は、FPGA90のRX FPGA146の部分に連結され、受信UL信号は、処理されて、RRHのBSSインターフェースを介してコアネットワークにルーティングされる。
RRHのデジタル機能性は、論理素子(「LE」)マルチプライヤおよび内蔵メモリを収容するFPGA90に実装されている。処理されたRFベースバンドデータは、I/Oユニット50から、いくつかのデジタルアップコンバーターチェーン(「DUC」)100のうちの1つの入力部内に受信される。RRHの配備設定に応じて、1つまたは複数のDUCがあってよく、これらはそれぞれ、特定のRFキャリア周波数で使用される。受信された複合RFベースバンド102データは、I/Q入力処理モジュール104内に連結され、I/Q入力処理モジュール104は、RFキャリア周波数に応じて、I/QサンプルをそれぞれのDUC100−1〜4に選択的にルーティングし、1.25MHzの帯域幅用に設計されたチャネルフィルタリングを提供する。代替的なチャネル帯域幅フィルタリングは、送信信号規格に応じて、容易に可能である。CPRIのI/Q入力処理モジュール104の出力106−1〜4は、チャネルフィルター−パルスシェーパーモジュール108内に連結される。チャネルフィルタリング+パルス整形モジュール108は、CDMA 2000規格で定められるベースバンドフィルター特徴を提供する。チャネルフィルター−パルスシェーパーモジュール108の出力110は、フィルター通過帯域プレディストータ(「FPPD」)モジュール112に連結され、FPPDモジュール112は、フィルターロールオフ特徴に対するキャリアの場所に基づいて、逆の振幅波形予歪を提供する。これについては、後述する。FPPDモジュール112は、内挿116後に位置付けられてよいが、これにより、FPPD112を実装するのに必要な論理ゲートの数が増えることに注意されたい。FFPDモジュール112の出力114は、内挿モジュール116内に連結され、内挿モジュール116の出力118は、数値制御発振器(「NCO」)アップコンバージョンモジュール120に連結される。各DUC100−1〜nの出力126−1〜126−4は、マルチキャリア複合信号134がフィルター群遅延プレディストータ136モジュール(「FGDPD」)を通じてさらに処理される加算器モジュール132の入力部130−1〜130−4にルーティングされる128−1〜n。フィルター群遅延プレディストータ136モジュールは、逆の群遅延特徴を、マルチキャリア信号ストリーム内に提供し、出力結合器デュプレクサ306に存在する群遅延偏差を取り除く。フィルター群遅延プレディストータ136モジュールの出力138は、所望のRF信号に変換され増幅されるように、TXチェーン302のデジタル-アナログ変換器内に連結される(142)前に、波高因子(「CFR」)およびデジタル・プリディストーション(「DPD」)モジュール140内に連結される。
図3を参照すると、2キャリアIS−95 CDMA配備シナリオが、例として提示されているが、2つの隣接するCDMAキャリアの配備は、制限因子ではなく、任意の数または種類の(すなわちLTEによるIS−95)のキャリアを配備することができる。図5では、TX‐ANTデュプレクサフィルター特徴(S21損失およびS21群遅延)が、862.275〜868.725MHzで割り当てられたDL TXバンドでの動作について、描かれているが、UL RX信号は、817〜824MHzの範囲である。824〜861.5MHzにおけるTX信号の拒絶は、最低50dBで規定される。
Figure 2017108446
このようなデュプレクサ306がTXチェーン302の出力部に導入されると、CDMA送信信号のRho(「ρ」)は、862.90MHzで特に、実質的に損なわれる。この障害は、862.275〜863.525MHzで、フィルターS21挿入損失および群遅延リプルにより生じる。フィルター特徴を補正するために、実施形態では、フィルターのS21挿入損失および群遅延リプルを補正するデジタル・プリディストーション手段を利用する。各DUC100−1〜nは、その信号処理チェーンにデジタルフィルター通過帯域プレディストータモジュール112を含む。特定のDUC100−1〜nにより処理されるキャリア周波数は既知であるため、フィルター通過帯域プレディストータモジュール112により提供される振幅補正の量は、CDMAキャリアの周波数およびフィルターロールオフ特徴に基づいて計算され得る。振幅補正曲線のアレイが、図4に描かれ、これは、動作要件に応じて、FPPD112により選択され得る。
図2Aに示すように、FPPD112は、複雑な有限インパルス応答フィルター構造を有し、複合加重入力サンプル(complex weighted input samples)x(n)110を取り、伝達関数H(z)を有する複合加重出力サンプル(complex weighted output samples)y(n)114を有し、y(n)は、以下の式に従ってH(z)で畳み込まれたx(n)に等しい。式中、
nは、タップ数であり(この実施例では5)、
bは、複合加重係数であり、
zは、k個のサンプル(kは整数)による遅延である。
Figure 2017108446
図2Aは、例示的な通過帯域プレディストータ112を描く。入力x(n)110は、Z‐1ユニット202aおよびマルチプライヤ204aの入力部に連結される。マルチプライヤ204aは、入力110および係数b(0)208aを乗じて、生成物を加算器206に出力する。Z‐1ユニット202aの出力は、Z‐1ユニット202bおよびマルチプライヤ204bの入力部に連結される。マルチプライヤ204bは、Z‐1ユニット202bの入力および係数b(1)208bを乗じて、生成物を加算器206に出力する。回路は、追加のタップを含むように拡張され得る。Z‐1ユニット202nは、信号をマルチプライヤ204(n+1)に出力し、マルチプライヤ204(n+1)は、その信号をb(n)208nと乗じて、加算器206に出力を与える。加算器206は、それぞれの信号を合算し、出力y(n)114を与える。
許容可能なRho性能を維持するため、必要に応じて、デュプレクサごとの変動の調節、温度補正などと共に、このようなフィルター補正曲線を生成するために、当業者に既知の多くの方法が利用可能であることを、理解されたい。
1つまたは複数の実施形態は、好ましくは、狭帯域通過フィルター304により、低い段階の出力デュプレクサ(lesser degree output duplexer)306に導入された振幅応答を正規化するために、DUC100チェーンにおいて5タップFIR予歪補正フィルターを利用する。実施例は、セルラー850帯域において、特に862.275〜863.525MHzで動作するDPD線形化PAを参照して作られるが、動作周波数は、工学的な選択の問題であり、1つまたは複数の実施形態を制限するものではないことを、理解されたい。同様に、デュプレクサTX‐ANT通過帯域の群遅延補正は、結合マルチキャリア信号134において群遅延補正を生じるために、全通過IIRフィルターを採用することで、FGDPDモジュール136により提供される。同様に、FGDPDモジュール136は、必要に応じて、FPGA90のどこにでも移動されるか、または、DUC100−1〜4チェーン間で分布することができる。
図2Bに示すように、FGDPD136は、有限インパルス応答全通過フィルター構造を有し、その二次セクションにおいて表わされ得る。FGDPD136は、複合加重入力サンプルx(n)を取り、伝達関数H(z)を有する複合加重出力サンプルy(n)を有し、y(n)は、以下の式に従ってH(z)で畳み込まれたx(n)に等しい。式中、
gは、補正複合スカラーゲイン値(compensating complex scalar gain value)であり、
Lは、タップ数であり(この実施例では5)、
a、bは、複合加重係数(極および零)であり、
zは、kのサンプルによる遅延である(k=1〜L)。
Figure 2017108446
図2Bに描くように、入力X(n)134は、増幅器210の入力部に連結される。増幅器210の出力は、加算器212a、214aなどのパスに連結されて212nおよび214nを含む。加算器212aの出力はまた、Z−1ユニット228aに供給され、Z−1ユニット228aは次に、信号を、Z−1ユニット230a、および第1のパスの双方に出力し、第1のパスは、信号を係数−a(1,k)215aと乗じて、生成物を加算器222aに供給するマルチプライヤ224aを含む。加算器222aの出力は、加算器212aに連結される。Z−1ユニット228aはまた、信号を係数b(1,k)227aと乗じるマルチプライヤ226aに出力を提供し、これは次に、出力を加算器216aに提供する。Z−1ユニット230aは、信号を係数−a(2,k)221aと乗じて出力を加算器222aに供給するマルチプライヤ220aを含むパスに、信号を出力する。Z−1ユニット230aはまた、マルチプライヤ218aを含むパスに信号を出力し、マルチプライヤ218aは、信号を係数b(2,k)219aと乗じて、出力を加算器216aに供給する。加算器216aの出力は、加算器214aに連結される。
回路は、1つまたは複数の実施形態で再現され得る。最終段階では、加算器212nの出力は、Z−1ユニット228nにも供給され、Z−1ユニット228nは次に、信号を、Z−1ユニット230n、およびマルチプライヤ224nを含むパスの双方に出力し、マルチプライヤ224nは、信号を係数−a(1,L)215nと乗じて、生成物を加算器222nに供給する。加算器222nの出力は、加算器212nに連結される。Z−1ユニット228nはまた、マルチプライヤ226nにも出力を提供し、マルチプライヤ226nは、信号を係数b(1,L)227nと乗じて、これは次に、出力を加算器216nに提供する。Z−1ユニット230nは、信号を、マルチプライヤ220nを含むパスに出力し、マルチプライヤ220nは、信号を係数−a(2,L)215nと乗じて、出力を加算器222nに提供する。Z−1ユニット230nはまた、マルチプライヤ218aを含むパスに信号を出力し、マルチプライヤ218aは、信号を係数b(2,L)と乗じて、出力を加算器216nに供給する。加算器216nの出力は、加算器214nに連結される。
補正の有効性は、以下の表で見ることができる。
Figure 2017108446
フィルター通過帯域プレディストータ補正112は、出力スペクトルで観察され得るが、群遅延補正136効果は、信号品質Rho(「ρ」)により定量化され得る。図6は、狭帯域通過フィルター(セルラー850)のシミュレーション振幅および群遅延特徴低周波数の詳細の表示である。図7は、出力スペクトル平坦度に対するFPPD効果のシミュレーションである。
本発明は、主に、通過帯域フィルター性能を改善するためにデジタル・プリディストーションを採用する構造および方法として、主に説明されてきた。説明は、本明細書に開示された形態に本発明を限定することを意図していない。したがって、以下の関連技術の教示、スキル、および知識に一致した変形および改変は、本発明の範囲内である。本明細書に記載する実施形態は、本明細書に開示される発明を実施することで知られるモードを説明し、当業者が、等価な実施形態または代替的な実施形態において、また、本発明の特定の適用または使用により必要と考えられるさまざまな改変と共に、本発明を利用できるようにすることがさらに意図されている。
参照符号リスト
アイテム:説明
10 リモートラジオヘッド(RRH)
50 I/Oユニット
60 マイクロコントローラユニット(MCU)
70 読み出し専用メモリROM(不揮発性記憶装置−フラッシュメモリ)
80 ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリSDRAM
90 フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)またはセミカスタムASIC
100 デジタルアップコンバータ(DUC) 1つまたは複数 −1;−2;−n
102 DUC入力ポート
104 CPRI I/Oフィルタリングおよび処理
106 104の出力
108 チャネルフィルタリング+パルス整形モジュール
110 108の出力
112 (FPPD)フィルター通過帯域プレディストータ
114 112の出力
116 内挿モジュール
118 116の出力
120 数値制御発振器(NCO)アップコンバージョン
126 DUC出力ポート
128 DUCからマルチキャリア加算器
132 マルチキャリア加算器−信号生成
134 132の出力
136 FGDPD−フィルター群遅延予歪
138 136の出力
140 CFR波高因子減少およびDPDデジタル・プリディストーション
142 140の出力
300 RFトランシーバー(300)
302 TXモジュール(またはチェーン)がDPD(140)の観察パスを含む
306 デュプレクサ
308 送受信アンテナ
310 受信チェーン
144 受信チェーン(310)からFPGAへのデジタル出力(ADC)
146 受信FPGAブロック
202a〜n Z−1ユニット
204a〜n マルチプライヤ
206 加算器
208a〜n 係数
210 増幅器
212a〜n 加算器
214a〜n 加算器
215a〜n 係数
216a〜n 加算器
218a〜n マルチプライヤ
219a〜n 係数
220a〜n マルチプライヤ
221a〜n 係数
222a〜n 加算器
224a〜n マルチプライヤ
226a〜n マルチプライヤ
227a〜n 係数
228a〜n Z−1ユニット
230a〜n Z−1ユニット
〔実施の態様〕
(1) 予歪(predistortion)線形化通信システムにおいて、
デジタル通信信号を受信する入力部と、
前記入力部に連結され、予歪された信号(predistorted signal)を出力するプレディストータと、
前記プレディストータに連結され、前記予歪された信号を受信し、アップコンバートされたデジタル信号を出力する、アップコンバージョンモジュールと、
前記アップコンバージョンモジュールに連結され、前記アップコンバートされた信号を受信し、RF信号を出力する、デジタル-アナログ変換器と、
前記デジタル-アナログ変換器に連結され、前記RF信号を受信し、フィルタリングされたRF信号を出力する、フィルターと、
を含み、
前記プレディストータは、前記フィルターの特徴に基づいて前記予歪された信号を出力する、予歪線形化通信システム。
(2) 実施態様1に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記プレディストータは、有限インパルス応答フィルターを含む、予歪線形化通信システム。
(3) 実施態様2に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルターは、通過帯域フィルターであり、
前記通信信号は、1つまたは複数の周波数帯域を有し、
前記プレディストータは、前記通過帯域フィルターのロールオフ特徴に対する周波数帯域位置と共に変化する予歪信号を提供する、予歪線形化通信システム。
(4) 実施態様1に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記アップコンバージョンモジュールと前記デジタル-アナログ変換器との間に連結されたフィルター群遅延プレディストータをさらに含み、
前記フィルター群遅延プレディストータは、前記アップコンバートされたデジタル信号において逆の群遅延を提供する、予歪線形化通信システム。
(5) 実施態様4に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルター群遅延プレディストータは、無限インパルス応答フィルターを含む、予歪線形化通信システム。
(6) 実施態様5に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記無限インパルス応答フィルターは、全通過無限インパルス応答フィルターである、予歪線形化通信システム。
(7) 実施態様1に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルターは、前記RF信号を受信し、出力RF信号を提供する、結合器キャビティフィルターであり、
前記プレディストータは、キャビティフィルター挿入損失特徴を補正する、予歪線形化通信システム。
(8) 実施態様1に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記入力信号を受信し、ベースバンドフィルタリングを前記入力信号に提供する、チャネルフィルタリングおよびパルス整形モジュールをさらに含む、予歪線形化通信システム。
(9) 実施態様1に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルター通過帯域プレディストータと前記アップコンバージョンモジュールとの間に連結された補間回路をさらに含む、予歪線形化通信システム。
(10) デジタル通信信号を増幅するための予歪線形化通信システムにおいて、
マルチキャリアデジタル通信信号を受信する入力部と、
前記入力部に連結され、前記マルチキャリアデジタル通信信号を受信する、入力処理モジュールであって、複数のサンプリングされた入力信号を提供する、入力処理モジュールと、
複数のデジタルアップコンバータ回線経路であって、それぞれが、前記入力処理モジュールから、対応するサンプリングされた入力信号を受信し、各デジタルアップコンバータ回線経路は、
対応するサンプリングされた入力信号を受信し、予歪された信号を出力する、フィルター通過帯域プレディストータ、および、
前記フィルター通過帯域プレディストータに連結され、前記予歪された信号を受信し、アップコンバートされたデジタル信号を出力する、アップコンバージョンモジュール、
を含む、複数のデジタルアップコンバータ回線経路と、
前記デジタルアップコンバータ回線経路のそれぞれから前記アップコンバートされたデジタル信号を受信し、マルチキャリア複合信号を提供する、加算器モジュールと、
前記マルチキャリア複合信号を受信し、群遅延補正信号を提供する、フィルター群遅延プレディストータと、
前記フィルター群遅延プレディストータに連結され、前記群遅延補正信号を受信し、RF信号を出力する、デジタル-アナログ変換器と、
前記デジタル-アナログ変換器に連結され、前記RF信号を受信し、通過帯域RF信号を出力する、帯域通過フィルターと、
を含み、
前記フィルター通過帯域プレディストータはそれぞれ、前記マルチキャリアデジタル通信信号に対する前記帯域通過フィルターの特徴に基づいて、前記予歪された信号を出力する、予歪線形化通信システム。
(11) 実施態様10に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記通過帯域RF信号を受信し、出力RF信号を提供する、結合器キャビティフィルターをさらに含む、予歪線形化通信システム。
(12) 実施態様10に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記デジタルアップコンバータ回線経路のそれぞれは、前記対応するサンプリングされた入力信号を受信し、前記サンプリングされた入力信号に、ベースバンドフィルタリングを提供する、チャネルフィルタリングおよびパルス整形モジュールをさらに含む、予歪線形化通信システム。
(13) 実施態様10に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記デジタルアップコンバータ回線経路のそれぞれは、前記フィルター通過帯域プレディストータと前記アップコンバージョンモジュールとの間に連結された補間回路をさらに含む、予歪線形化通信システム。
(14) 実施態様10に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルター通過帯域プレディストータのそれぞれは、有限インパルス応答フィルターを含む、予歪線形化通信システム。
(15) 実施態様14に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記有限インパルス応答フィルターはそれぞれ、5つのタップを有する、予歪線形化通信システム。
(16) 実施態様10に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルター群遅延プレディストータは、無限インパルス応答フィルターを含む、予歪線形化通信システム。
(17) 実施態様16に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記フィルター群遅延プレディストータはそれぞれ、全通過無限インパルス応答フィルターを含む、予歪線形化通信システム。
(18) 実施態様11に記載の予歪線形化通信システムにおいて、
前記結合器キャビティフィルターに連結され、アップリンク信号を受信する、アップリンク信号経路をさらに含む、予歪線形化通信システム。
(19) 送信機の予歪線形化方法において、
デジタル通信信号を受信することと、
デジタル・プリディストーション係数を用いて、前記デジタル通信信号に基づいて予歪された信号を提供することと、
前記予歪された信号に基づいて、アップコンバートされたデジタル信号を提供することと、
前記アップコンバートされた信号に基づいて、RF信号を提供することと、
前記RF信号上の通過帯域フィルターにより通過帯域フィルタリングを提供することと、
を含み、
前記デジタル・プリディストーション係数は、前記通過帯域フィルターおよび前記通信信号の周波数の特徴に基づいている、方法。
(20) 実施態様19に記載の予歪線形化方法において、
前記アップコンバートされた信号に対し、群遅延予歪補正を提供することをさらに含む、方法。
特表2007−536772号公報 米国特許出願公開第2008/0049868号明細書 特開2004−128833号公報 表2009−544254号公報

Claims (22)

  1. 無線通信用のデバイスである装置であって:
    複数のコンポーネント・キャリアに対するディジタル・ベースバンド・サンプルを予め歪ませ、各々のコンポーネント・キャリアについて、プレディストーション・ベースバンド信号を生成するプレディストーション回路であって、前記コンポーネント・キャリアに関連するロールオフ特性に基づいて、振幅補正を実行する、プレディストーション回路;
    前記プレディストーション・ベースバンド信号から、ディジタル・マルチキャリア信号を生成する結合回路;
    前記マルチキャリア信号に対して逆の群遅延特性を提供する群遅延(GD)プレディストーション回路;
    前記GDプレディストーション回路の処理の後に、前記マルチキャリア信号の波高因子を減らす波高因子削減(CFR)回路;及び
    CFRの後、送信のために、各々のコンポーネント・キャリアについて、前記マルチキャリア信号から、直交周波数分割多重(OFDM)信号を生成するトランシーバー回路;
    を有する装置。
  2. 前記GDプレディストーション回路は、全通過無限インパルス応答(IIR)フィルターを有する、請求項1に記載の装置。
  3. 前記トランシーバー回路は、出力バンドパス・フィルターを有し、
    前記GDプレディストーション回路のIIRフィルターは、前記出力バンドパス・フィルターの群遅延を補償するように構成されている、請求項2に記載の装置。
  4. 前記プレディストーション回路は、前記出力バンドパス・フィルターの振幅応答を補償するように構成される複素有限インパルス応答(FIR)フィルター構造を有する、請求項3に記載の装置。
  5. 前記複素FIRフィルター構造は、前記出力バンドパス・フィルターのロールオフ特性に対して、各々のコンポーネント・キャリアの位置に基づく逆の振幅波形プレディストーションを提供するように構成される、請求項4に記載の装置。
  6. 前記トランシーバー回路は出力結合デュプレクサを更に含み、
    前記GDプレディストーション回路のIIRフィルターは、前記出力結合デュプレクサに存在する群遅延変動を補償するための群遅延補償を生成する、請求項3に記載の装置。
  7. 前記出力結合デュプレクサは、1つ又は複数のアンテナに結合されるように構成される、請求項6に記載の装置。
  8. CFRの後に、前記マルチキャリア信号をアナログ信号に変換し、以後の無線周波数信号の生成に備えるディジタル・アナログ変換器(DAC)を更に有し、
    前記出力バンドパス・フィルターは、送信の前に前記無線周波数信号をフィルタリングするように構成されている、請求項3に記載の装置。
  9. 前記CFR回路は、前記マルチキャリア信号のピーク対平均電力比(PAR)を減らすように構成されている、請求項8に記載の装置。
  10. 前記プレディストーション回路は、前記コンポーネント・キャリアの各々に関連するロールオフ特性に基づいて、振幅補償を実行する、請求項1に記載の装置。
  11. 処理回路及びトランシーバー回路により実行される方法であって:
    複数のコンポーネント・キャリアに対するディジタル・ベースバンド・サンプルを予め歪ませ、各々のコンポーネント・キャリアについて、プレディストーション・ベースバンド信号を生成するステップであって、前記の予め歪ませることは、前記コンポーネント・キャリアに関連するロールオフ特性に基づく振幅補正を含む、ステップ;
    前記プレディストーション・ベースバンド信号から、ディジタル・マルチキャリア信号を生成するステップ;
    前記マルチキャリア信号に対して逆の群遅延(GD)特性を課すステップ;
    逆のGDを課した後に、前記マルチキャリア信号の波高因子を減らすステップ;及び
    高波因子の削減の後に、送信のために、各々のコンポーネント・キャリアについて、前記マルチキャリア信号から、直交周波数分割多重(OFDM)信号を生成するステップ;
    を有する方法。
  12. 逆の群遅延(GD)特性を課すことは、全通過無限インパルス応答(IIR)フィルターにより実行される、請求項11に記載の方法。
  13. 前記IIRフィルターは、バンドパス・フィルターの群遅延を補償するように構成されている、請求項12に記載の方法。
  14. 前記の予め歪ませることは、前記バンドパス・フィルターの振幅応答を補償するように構成される複素有限インパルス応答(FIR)フィルター構造により実行される、請求項13に記載の方法。
  15. 前記複素FIRフィルター構造は、前記バンドパス・フィルターのロールオフ特性に対して、各々のコンポーネント・キャリアの位置に基づく逆の振幅波形プレディストーションを提供するように構成されている、請求項14に記載の方法。
  16. 前記の予め歪ませることは、出力結合デュプレクサに存在する群遅延変動を補償するための群遅延補償を生成することを更に含む、請求項13に記載の方法。
  17. 高波因子の削減の後に、前記マルチキャリア信号をアナログ信号に変換し、以後の無線周波数信号の生成に備えるステップを更に含み、
    前記バンドパス・フィルターは、送信の前に前記無線周波数信号をフィルタリングするように構成されている、請求項13に記載の方法。
  18. 前記高波因子の削減は、前記マルチキャリア信号のピーク対平均電力比(PAR)を減らすことを含む、請求項17に記載の方法。
  19. 前記コンポーネント・キャリアの各々に関連するロールオフ特性に基づいて、振幅補償を実行するステップ;
    を更に有する請求項11に記載の方法。
  20. 無線通信デバイスである装置であって:
    複数のコンポーネント・キャリアの各々に対するディジタル・ベースバンド・サンプルを予め歪ませ、各々のコンポーネント・キャリアについて、プレディストーション・ベースバンド信号を生成するプレディストーション回路であって、前記各々のコンポーネント・キャリアに関連するロールオフ特性に基づいて、振幅補正を実行する、プレディストーション回路;
    前記プレディストーション・ベースバンド信号から、ディジタル・マルチキャリア信号を生成する結合回路;
    前記マルチキャリア信号に対して逆の群遅延特性を提供する群遅延(GD)プレディストーション回路;
    前記GDプレディストーション回路の処理の後に、前記マルチキャリア信号の波高因子を減らす波高因子削減(CFR)回路;及び
    CFRの後、送信のために、各々のコンポーネント・キャリアについて、前記マルチキャリア信号から、直交周波数分割多重(OFDM)信号を生成する、出力バンドパス・フィルターを含むトランシーバー回路;
    を有する装置。
  21. 前記GDプレディストーション回路は、前記出力バンドパス・フィルターの群遅延を補償するように構成される全通過無限インパルス応答(IIR)フィルターを有し、
    前記プレディストーション回路は、前記出力バンドパス・フィルターの振幅応答を補償するように構成される複素有限インパルス応答(FIR)フィルター構造を有する、
    請求項20に記載の装置。
  22. 前記複素FIRフィルター構造は、前記出力バンドパス・フィルターのロールオフ特性に対して、各々のコンポーネント・キャリアの位置に基づく逆の振幅波形プレディストーションを提供するように構成される、請求項21に記載の装置。
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